CN101190528A - 欠驱动耦合传动式仿人手指机构 - Google Patents

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欠驱动耦合传动式仿人手指机构，它涉及一种机器人机械手上的仿人手指机构。本发明解决了现有的机械手手指存在抓握运动时各个指节的协调性差、抓握形状难以保持、包络被抓握物体速度较慢、自适应性差等问题。本发明所述近指节连杆(23)的一端与基关节力矩传感器(22)连接，近指节连杆(23)的另一端与中关节轴的轴盘(54)连接；所述耦合连杆(28)的一端与近指节左侧板(25)和近指节右侧板(4)连接，耦合连杆(28)的另一端与指尖(14)连接，中指节左侧板(26)和中指节右侧板(2)与中关节轴的轴盘(54)通过耦合中关节轴(30)连接。本发明的中指节和指尖节采用耦合传动方式，具有手指弯曲时的运动协调性好、包络被抓握物体速度快、预紧方便的优点。

Description

欠驱动耦合传动式仿人手指机构
技术领域
本发明涉及一种机器人机械手上的仿人手指机构。
背景技术
拟人机器人的重要装置就是机械手。机械手在做抓握运动时各个指节的协调程度、抓握形状的保持、自适应性的好坏以及机械手的大小都直接关系着机器人操作的精确程度，这是拟人机器人技术领域一直在研究的课题。公开号CN1557268A、公开日为2004年12月29日、申请号为200410013550.3、名称为“欠驱动自适应假手装置”的发明专利申请，虽然对机械手的协调程度、自适应性以及机械手的大小做了进一步改进，但仍存在抓握运动时各个指节的协调程度较差、抓握形状难以保持、包络被抓握物体速度较慢、自适应性差、手指装置体积较大，以致不能满足人们对拟人机械手抓握运动协调性好、抓握精确、自适应性强、体积小巧的需要。
发明内容
本发明为了解决现有的机械手手指存在抓握运动时各个指节的协调性差、抓握形状难以保持、包络被抓握物体速度较慢、自适应性差、抓握精确程度差、体积较大的问题，进而提供了一种欠驱动耦合传动式仿人手指机构。
本发明的技术方案是：欠驱动耦合传动式仿人手指机构包括电机、减速器、电机座、指基座、小伞齿轮轴套、小伞齿轮、大伞齿轮、近指节、中指节、远指节、指基关节轴、中关节轴、指尖轴、中关节扭簧、基关节力矩传感器；它还包括近指节连杆、耦合连杆、耦合中关节轴、中关节轴的轴盘、一号弹簧挡销、二号弹簧挡销，所述中关节轴上固定设有中关节轴的轴盘；所述电机与减速器连接，减速器固定在电机座上，电机座安装在指基座上，小伞齿轮轴套固定安装在减速器的输出轴上，小伞齿轮固定安装在小伞齿轮轴套上，小伞齿轮和大伞齿轮啮合，大伞齿轮和基关节力矩传感器均固定安装在指基关节轴上，指基座与近指节通过指基关节轴转动连接，近指节与中指节通过中关节轴转动连接，中指节与远指节通过指尖轴转动连接，中关节扭簧安装在中关节轴上，中指节上的中指节右侧板内侧壁上固定设有一号弹簧挡销，中关节轴上固定设有二号弹簧挡销；所述近指节连杆的一端与基关节力矩传感器连接，近指节连杆的另一端与中关节轴的轴盘连接；所述耦合连杆的一端与近指节上的近指节左侧板和近指节右侧板连接，耦合连杆的另一端与远指节上的指尖连接，中指节上的中指节左侧板和中指节右侧板与中关节轴的轴盘通过耦合中关节轴连接。
本发明具有以下有益效果：本发明的中指节和指尖节采用耦合传动方式(人手的这两个手指节抓握时也是耦合运动的)，实现了手指上的两个关节的同向1∶1角度的耦合运动，具有手指弯曲时的运动协调性好、包络被抓握物体速度快、预紧方便的优点，大大提高了机械手的运动精度和抓握准确性。近指节和中指节采用欠驱动方式可以实现对物体形状的自适应抓取，能够更大程度适应物体的形状，达到完全包络物体，抓握稳定，能够抓取不同形状的物体，抓取物体的范围广。同时还具有结构简单、体积小、重量轻、动作可靠、结构紧凑、运动平稳、噪音小的优点。
附图说明
图1是本发明的主视图，图2是图1的俯视图，图3是图1的A-A剖视图，图4是图1的B-B剖视图，图5是图2的C-C剖视图，图6是图2的D-D剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～6所示，本实施方式的欠驱动耦合传动式仿人手指机构由电机9、减速器8、电机座10、指基座7、小伞齿轮轴套24、小伞齿轮20、大伞齿轮6、近指节51、中指节52、远指节53、指基关节轴19、中关节轴17、指尖轴15、中关节扭簧16、基关节力矩传感器22、近指节连杆23、耦合连杆28、耦合中关节轴30、中关节轴的轴盘54、一号弹簧挡销27、二号弹簧挡销31、一号连杆销轴33、二号连杆销轴18、一号耦合连杆轴32、二号耦合连杆轴29组成，所述中关节轴17上固定设有中关节轴的轴盘54；所述电机9与减速器8连接，减速器8固定在电机座10上，电机座10安装在指基座7上，小伞齿轮轴套24固定安装在减速器8的输出轴上，小伞齿轮20固定安装在小伞齿轮轴套24上，小伞齿轮20和大伞齿轮6啮合，大伞齿轮6和基关节力矩传感器22均固定安装在指基关节轴19上，指基座7与近指节51通过指基关节轴19转动连接，近指节51与中指节52通过中关节轴17转动连接，中指节52与远指节53通过指尖轴15转动连接，中关节扭簧16安装在中关节轴17上，中指节52上的中指节右侧板2内侧壁上固定设有一号弹簧挡销27，中关节轴17上固定设有二号弹簧挡销31；所述近指节连杆23的一端与基关节力矩传感器22通过一号连杆销轴33连接，近指节连杆23的另一端与中关节轴的轴盘54通过二号连杆销轴18连接；所述耦合连杆28的一端与近指节51上的近指节左侧板25和近指节右侧板4通过一号耦合连杆轴32连接，耦合连杆28的另一端与远指节53上的指尖14通过二号耦合连杆轴29连接，中指节52上的中指节左侧板26和中指节右侧板2与中关节轴的轴盘54通过耦合中关节轴30连接。
具体实施方式二：如图1～6所示，本实施方式所述近指节51由近指节左侧板25、近指节右侧板4、近指节上盖板5、近指节下盖板11组成，所述近指节上盖板5的左侧面与近指节下盖板11的左侧面分别与近指节左侧板25固定连接，所述近指节上盖板5的右侧面与近指节下盖板11的右侧面分别与近指节右侧板4固定连接；所述中指节52由中指节左侧板26、中指节右侧板2、中指节上盖板3、中指节下盖板12、中关节护板13组成，所述中指节上盖板3的左侧面和中指节下盖板12的左侧面分别与中指节左侧板26固定连接，所述中指节上盖板3的右侧面和中指节下盖板12的右侧面分别与中指节右侧板2固定连接，中关节护板13安装在近指节上盖板5和中指节上盖板3之间；所述远指节53由指尖套1、指尖14组成，所述指尖套1套装在指尖14上。采用这样的结构，能够实现近指节51、中指节52、远指节53的稳固连接；实现手指的欠驱动及耦合传动。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式所述电机9是步进电机。因为步进电机有反向保持力矩，在失电时，能保持抓握状态。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：如图3所示，本实施方式还包括电机调整垫片21，所述的电机调整垫片21安装在电机座10和指基座7之间。采用这样的结构，用来调整电机座10与指基座7之间的间隙。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
工作原理：电机输出轴驱动小伞齿轮20转动，小伞齿轮20带动大伞齿轮6运动；大伞齿轮6的运动通过指基关节轴19带动基关节力矩传感器22运动，由基关节力矩传感器22驱动整个手指的弯曲与伸直。手指的驱动通过两个四连杆机构实现，其中一组四连杆由基关节力矩传感器22、近指节连杆23、中关节轴17、近指节左侧板25和近指节右侧板4组成，另一组四连杆由中关节轴17、耦合连杆28、指尖14、中指节左侧板26和中指节右侧板2组成。当基关节力矩传感器22向前运动时带动整个手指运动，如果手指没有碰到物体，那么整个手指在中关节扭簧16、中关节机械限位的作用下，保持直指绕单一支点(指基关节轴19)转动；当近指节下盖板11先接触到物体时，基关节力矩传感器22克服中关节扭簧16扭矩驱动中指节52和远指节53绕中关节轴17转动，而同时远指节53由耦合连杆28带动，保持远指节53绕指尖轴15和中指节以1∶1的速率转动；当中指节52上的中指节下盖板12或远指节53上的指尖套1接触物体时，整个手指实现对物体的包络抓取。

Claims (6)

1.一种欠驱动耦合传动式仿人手指机构，它包括电机(9)、减速器(8)、电机座(10)、指基座(7)、小伞齿轮轴套(24)、小伞齿轮(20)、大伞齿轮(6)、近指节(51)、中指节(52)、远指节(53)、指基关节轴(19)、中关节轴(17)、指尖轴(15)、中关节扭簧(16)、基关节力矩传感器(22)；其特征在于它还包括近指节连杆(23)、耦合连杆(28)、耦合中关节轴(30)、中关节轴的轴盘(54)、一号弹簧挡销(27)、二号弹簧挡销(31)，所述中关节轴(17)上固定设有中关节轴的轴盘(54)；所述电机(9)与减速器(8)连接，减速器(8)固定在电机座(10)上，电机座(10)安装在指基座(7)上，小伞齿轮轴套(24)固定安装在减速器(8)的输出轴上，小伞齿轮(20)固定安装在小伞齿轮轴套(24)上，小伞齿轮(20)和大伞齿轮(6)啮合，大伞齿轮(6)和基关节力矩传感器(22)均固定安装在指基关节轴(19)上，指基座(7)与近指节(51)通过指基关节轴(19)转动连接，近指节(51)与中指节(52)通过中关节轴(17)转动连接，中指节(52)与远指节(53)通过指尖轴(15)转动连接，中关节扭簧(16)安装在中关节轴(17)上，中指节(52)上的中指节右侧板(2)内侧壁上固定设有一号弹簧挡销(27)，中关节轴(17)上固定设有二号弹簧挡销(31)；所述近指节连杆(23)的一端与基关节力矩传感器(22)连接，近指节连杆(23)的另一端与中关节轴的轴盘(54)连接；所述耦合连杆(28)的一端与近指节(51)上的近指节左侧板(25)和近指节右侧板(4)连接，耦合连杆(28)的另一端与远指节(53)上的指尖(14)连接，中指节(52)上的中指节左侧板(26)和中指节右侧板(2)与中关节轴的轴盘(54)通过耦合中关节轴(30)连接。
2.根据权利要求1所述的欠驱动耦合传动式仿人手指机构，其特征在于所述近指节(51)由近指节左侧板(25)、近指节右侧板(4)、近指节上盖板(5)、近指节下盖板(11)组成，所述近指节上盖板(5)的左侧面与近指节下盖板(11)的左侧面分别与近指节左侧板(25)固定连接，所述近指节上盖板(5)的右侧面与近指节下盖板(11)的右侧面分别与近指节右侧板(4)固定连接。
3.根据权利要求1所述的欠驱动耦合传动式仿人手指机构，其特征在于所述中指节(52)由中指节左侧板(26)、中指节右侧板(2)、中指节上盖板(3)、中指节下盖板(12)、中关节护板(13)组成，所述中指节上盖板(3)的左侧面和中指节下盖板(12)的左侧面分别与中指节左侧板(26)固定连接，所述中指节上盖板(3)的右侧面和中指节下盖板(12)的右侧面分别与中指节右侧板(2)固定连接，中关节护板(13)安装在近指节上盖板(5)和中指节上盖板(3)之间。
4.根据权利要求1所述的欠驱动耦合传动式仿人手指机构，其特征在于所述远指节(53)由指尖套(1)、指尖(14)组成，所述指尖套(1)套装在指尖(14)上。
5.根据权利要求1所述的欠驱动耦合传动式仿人手指机构，其特征在于所述电机(9)是步进电机。
6.根据权利要求1所述的欠驱动耦合传动式仿人手指机构，其特征在于它还包括电机调整垫片(21)，所述电机调整垫片(21)安装在电机座(10)和指基座(7)之间。
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